Moderne vetenskapliga trender är en stor och bred strävan, där tusentals laboratorier runt om i världen studerar sitt eget högspecialiserade område från en mycket större helhet. Det är en logisk skärningspunkt mellan vetenskapligt arv och århundraden av tekniska framsteg för att främja förståelsen av världen omkring oss.
Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt allt mer specifika discipliner, från retinal neural databehandling till rymdplasmafysik. Vilka vetenskapliga områden finns och vilka är de mest relevanta?
Biomedicinsk teknik och biofysik
Det kan tyckas konstigt, men vissa problem inom medicin kan bara lösas med hjälp av teknik. Biomedicinsk teknik är en framväxande disciplin som spänner över så olika områden som proteinteknik, mätsystem och högupplöst optisk avbildning av atomer och hela organismer. Denna önskan omintegration av fysisk kunskap med biovetenskap – framsteg i människors hälsa.
Aktuella forskningsområden
Innehåller forskningsområden som:
- Biofotonik - utveckling av metoder för visualisering av celler och vävnader med fluorescens. Optiska metoder används för att studera biologiska molekyler.
- Cardiovascular imaging - utveckla metoder för att upptäcka och kvantifiera hjärt-kärlsjukdom.
- Komplexa biologiska system - utveckling av nya verktyg och matematiska modeller för att förstå komplexa biologiska system.
- Makromolekylär sammansättning. Studiet av makromolekyler, inklusive sammansättning av flerkomponentkomplex och molekylära maskiner.
- Immunokemisk diagnostik - skapandet av ny teknik för identifiering av sjukdomar, såsom "laboratoriestudier".
- Icke-invasiv optisk bildbehandling - Utveckling av diagnostiska metoder i re altid för bedömning och övervakning av vävnader och organ.
De senaste framstegen inkluderar utvecklingen av flera högupplösta optiska avbildningsverktyg utformade för att utforska cellers och organismers mikroskopiska och makroskopiska världar.
Cellbiologi
Ett annat viktigt och ständigt utvecklande vetenskapligt område är cellbiologi. Alla levande varelser är gjorda av strukturella och funktionella enheter. Cellulär alltsåBrist spelar en avgörande roll i många sjukdomar, från cancer orsakad av onormal celltillväxt till neurodegenerativa störningar som beror på att nervvävnad dör. Det finns sex nyckelområden som spänner över flera biologiska system:
- apoptos. I varje frisk organism dör celler genom en noggrant reglerad process av programmerad celldöd som kallas apoptos. Det är gemensamt för många biologiska system som är grundläggande för neurovetenskap, immunologi, åldrande och utveckling, och patologier som cancer, autoimmuna och degenerativa sjukdomar.
- Cellcykeln - Fungerande ministrukturer fortsätter att växa och delas på ett noggrant kontrollerat sätt under hela våra liv. De molekylära och cellulära händelserna som reglerar denna cykel är avgörande för många sjukdomar där normal tillväxtreglering störs.
- Glykobiologi. Glykaner är en biologiskt viktig klass av kolhydrater. Glykanbindande proteiner (lektiner) binder till specifika strukturella glykaner och spelar en avgörande roll i celligenkänning, motilitet och återgång till specifika vävnader, signalering, differentiering, celladhesion, mikrobiell patogenes och immunologisk igenkänning.
- Mitokondrier. Kända som "krafthuset" byggstenar, ger mitokondrier den energi som cellerna måste använda för att överleva och undviker sjukdomar från diabetes till Parkinsons.
- Rörlighet - En mikroskopisk nervcell som har sitt ursprung i hjärnan och förlänger sina processer till ryggmärgsbasen måste flytta molekyler över stora avstånd jämfört med dess storlek. Forskare använder en mängd olika metoder och tillvägagångssätt för att studera hur celler och deras inre molekyler och organeller rör sig.
- Transport av proteiner. Proteiner tillverkas i kärnan och då måste de förvaras ordentligt för att kunna uppfylla sina cellulära roller. Proteintransport är alltså central för alla cellulära system, och dess dysfunktion är förknippad med sjukdomar som sträcker sig från cystisk fibros till Alzheimers sjukdom.
Livets cellulära bas
Livets cellulära grund kan tyckas uppenbar i biologins moderna tid, men fram till utvecklingen av de första mikroskopen i början av artonhundratalet kunde detta bara vara en fråga om spekulationer. Storleken på en typisk mänsklig cell är ungefär fem gånger mindre än något vi kan se med blotta ögat. Därför går framsteg i vår förståelse av strukturella enheters inre funktioner, inklusive cellulär patofysiologi, hand i hand med framsteg inom tekniken inom detta vetenskapliga område, tillgänglig för avbildning och studier av dem.
kromosomernas biologi
Med den nuvarande spänningen kring genomikområdet är det lätt att glömma att generna bara är korta DNA-sträckor och en del av mycket större strukturer som kallas kromosomer. De sistnämnda består av kromatinkomplicerade DNA-strängar lindade runt proteiner som kallas histoner, ochär nu kända för att spela en lika viktig roll för att bestämma hur organismer utvecklas, fungerar och förblir friska.
Epigenetik, bokstavligen "över genetik", är vetenskapen som studerar miljöförändringar i genomet utöver de som kan inträffa på nivån av vårt DNA. Dessa fluktuationer i genaktivitet inkluderar modifieringar av element som omger dem, såsom histonproteiner, eller modifieringar av transkriptionella element som kontrollerar genuttryck. Till skillnad från DNA-förändringar är epigenetiska fluktuationer vanligtvis generationsspecifika.
Med andra ord, epigenetiska förändringar överförs vanligtvis inte från förälder till barn. Denna relativt nya forskningslinje har förändrat vår förståelse av både normal utveckling och sjukdom, och påverkar nu utvecklingen av nästa generations behandlingar. En mängd olika områden studeras, inklusive:
- Fetma. Epigenetiska förändringar i vårt genom har länge misstänkts spela en roll i komplexa mänskliga sjukdomar som fettavlagring. En ny vetenskaplig riktning undersöker hur miljöfaktorer kan påverka utvecklingen av sjukdomen.
- Kliniska prövningar och läkemedelsutveckling. Rollen av epigenetiska cancerterapier i olika tumörer undersöks, i hopp om att de kan rikta in sig på och "omprogrammera" onormala celler snarare än att döda både cancerösa och normala byggstenar som i standardkemoterapi.
- Hälsovård. Kost och exponering för kemikalier i alla utvecklingsstadier kan orsaka epigenetiska förändringar som kan slå på eller stänga av vissa gener. Forskare undersöker hur dessa faktorer negativt påverkar den allmänna befolkningen.
- Beteendevetenskap. Epigenetiska förändringar är förknippade med många sjukdomar, inklusive drog- och alkoholberoende. Att förstå hur miljöfaktorer förändrar genomet skulle kunna kasta ljus över nya vägar för behandling av psykologiska störningar.
Quantum Biology
Fysiker har känt till sådana kvanteffekter i mer än hundra år, när partiklar trotsar våra sinnen, försvinner från en plats och dyker upp igen på en annan, eller är på två ställen samtidigt. Men dessa effekter tillskrivs inte hemliga laboratorieexperiment. Eftersom forskare alltmer misstänker att kvantmekaniken också kan gälla biologiska processer.
Det kanske bästa exemplet är fotosyntes, ett fantastiskt effektivt system där växter (och vissa bakterier) bygger de molekyler de behöver med energi från solljus. Det visar sig att denna process faktiskt kan förlita sig på fenomenet "superposition", där små paket energi utforskar alla möjliga vägar och sedan slår sig ner på den mest effektiva. Det är också möjligt att fågelnavigering, DNA-mutationer (via kvanttunnel) och till och med vårt luktsinne är beroende av kvanteffekter.
Även om detta är ett mycket spekulativt och kontroversiellt område, kan de somUtövare väntar på den dag då information från forskning kan leda till nya läkemedel och biomimetiska system (biometri är ett annat framväxande vetenskapsområde där biologiska system och strukturer används för att skapa nya material och maskiner).
Social- och beteendevetenskap
Utöver den molekylära och cellulära nivån är det viktigt att förstå hur beteendemässiga och sociala faktorer påverkar sjukdom och hälsa för att förstå, behandla och förebygga sjukdomar. Forskning inom sådana vetenskaper är ett stort mångfacetterat område som täcker ett brett spektrum av discipliner och tillvägagångssätt.
Konceptet med ett intraprofessionellt analysprogram sammanför biomedicinska, beteendevetenskapliga och samhällsvetenskapliga vetenskaperna för att arbeta tillsammans för att lösa komplexa och akuta hälsoproblem. Fokus ligger på utvecklingen av vetenskapliga områden som utforskar beteendeprocesser, biopsykologiska och tillämpade områden genom följande metoder:
- Forskning om inverkan av sjukdom eller fysiskt tillstånd på beteende och social funktion.
- Identifiering och förståelse av beteendefaktorer förknippade med sjukdomsdebut och sjukdomsförlopp.
- Studie av behandlingsresultat.
- Hälsofrämjande och sjukdomsförebyggande forskning.
- Analys av institutionella och organisatoriska effekter på hälsan.
Exometeorology
Exometeorologer gillarexo-oceanografer och exogeologer är intresserade av att studera de naturliga processer som sker på andra planeter än jorden. Nu när astronomer kan titta närmare på närliggande objekts inre funktion, kan de i allt högre grad spåra atmosfäriska mönster och vädermönster. Jupiter och Saturnus, med sina otroligt stora potentialsystem, är främsta kandidater för studier.
Damstormar förekommer till exempel regelbundet på Mars. I denna vetenskapliga och tekniska riktning studerar exometeorologer även planeter utanför vårt solsystem. Och intressant nog kan de så småningom hitta tecken på utomjordiskt liv på en exoplanet genom att upptäcka organiska signaturer i atmosfären eller förhöjda nivåer av koldioxid – möjliga tecken på en civilisation i industriell tidsålder.
Nutrigenomics
Nutrigenomics, även känd som livsmedelsgenomik, är ett prioriterat vetenskapsområde. Detta är en studie av det komplexa samspelet mellan mat och DNA-svar. Faktum är att mat har en djupgående effekt på människors hälsa - och det börjar bokstavligen på molekylär nivå. Forskare som arbetar inom detta område strävar efter att förstå rollen av genetisk variation, kostsvar och hur näringsämnen påverkar våra strukturer.
Nutrigenomics fungerar åt båda hållen - våra gener påverkar våra kostpreferenser och vice versa. Huvudmålet för detta område av vetenskaplig verksamhet är skapandet av personlig kost - en jämförelse av vadvad vi äter, med våra egna unika genetiska konstitutioner.
Kognitiv ekonomi
Ekonomi handlar vanligtvis inte om djup kunskap, men detta kan förändras när fältet integreras med traditionella forskningsdiscipliner. För att inte förväxla med beteendeekonomi (studiet av vårt sätt att göra saker - vad vi gör - i samband med ekonomiskt beslutsfattande), handlar kognitiv ekonomi om hur vi tänker. Lee Caldwell, som bloggar om området, definierar det så här:
"Kognitiv ekonomi (eller finans) … tittar på vad som faktiskt händer i en persons sinne när de gör det valet. Vad är den interna strukturen för beslutsfattande, hur information kommer in i medvetandet och hur den bearbetas, och sedan, slutligen, hur kommer alla dessa processer till uttryck i vårt beteende?"
På ett annat sätt är kognitiv ekonomi fysik vars beteendeekonomi är ingenjörskonst. För detta ändamål börjar forskare som arbetar inom detta område sin analys på en lägre nivå och bildar de underliggande mikromönstren för mänskligt beslutsfattande för att utveckla en modell för storskaligt ekonomiskt beteende. För att hjälpa dem att göra detta tittar kognitiva ekonomer på de relaterade områdena inom disciplinen och beräkningsekonomi, såväl som huvudlinjerna för vetenskaplig och teknisk forskning inom rationalitet och beslutsteori.
